Katı Malzemeleri Kapsülleyen Bakteriyel Selüloz Küreler

Bakteriyel selüloz (BC), mekanik mukavemeti, yüksek saflığı ve kristalitesi, su tutma yetenekleri ve karmaşık lif yapısı 1 , 2 ,^3,4nedeniyle potansiyel endüstri kullanımı ile dikkat çekti. Bu özellikler BC’yi biyomedikal, gıda işleme ve çevresel iyileştirme kullanımları da dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için elverişli bir biyomalzeme haline getirir¹. Bir BC filminin oluşumu, fermente bir çay içeceği olan kombucha⁵için kullanılanlar gibi tek organizma kültürleri veya karışık kültürlerle yapılabilir. Kombucha demleme, yaygın olarak SCOBY olarak bilinen “Simbiyotik Bakteri ve Maya Kültürü”ne dayanır. Organizmaların bu simbiyotik kültürünü kullanarak, BC küreleri oluşturmak için benzer bir teknik kullanılır. Bu biyomalzeme, çevresel kirleticilerin izole edilmesine ve daha verimli mahsul üretimi elde etmek için biyoşarş gibi tarımsal değişikliklerin demirlemesine yardımcı olmak için kullanılabilir.

Önceki literatür, M.Ö.’nün tedirgin koşullarda üretilen özelliklerinin sabit bir kültürde üretilen BC ile karşılaştırıldığında nasıl olduğunu tartışmıştır. Sabit bir kültür, sıvı hava arayüzünde oluşan bir filmle sonuçlanırken, sarsılmış bir kültür, sıvı⁶içinde asılı olan çeşitli BC parçacıkları, iplikçikler ve kürelerle sonuçlanır. Birçok çalışma, BC’nin ticari üretiminin dinamik koşullarda daha uygulanabilir olduğu iddiasına atıfta bulundu^6,7, bu makalenin yöntemini uygulamak için rasyonel sağlar. Ayrıca, BC kürelerinin yapısı ve özellikleri hakkında çeşitli araştırmalar yapılmıştır. Toyosaki ve ark.^6, tedirgin BC üretimlerinde şaşkın ve pürüzsüz duvarlı Erlenmeyer şişelerini karşılaştırdı. Hu ve Catchmark⁴ tarafından yapılan bir çalışmada, mevcut BC küre üretim süreci için kılavuz olarak kullanılan BC küreleri için koşullar belirlendi ve sonuçları küre boyutunun 60 saat sonra artmaya devam etmediğini gösteriyor. Mohammad ve ark.¹ tarafından BC üretiminin gözden geçirilmesi, BC kültürünün sarsılmasının, başarılı BC büyümesi için gerekli olan oksijen tedarikini ve dağıtımını bile sağladığını göstermektedir. Holland ve ark.^8, X-ışını kırınımı ve Fourier transform kızılötesi spektroskopi kullanarak M.Ö.’nün kristalitesini ve kimyasal yapısını incelemiştir. BC kapsüllerinin benzer özellikler sergileyeceği ve gelecekteki araştırmaların yapısal özellikleri araştıracağı varsayılmaktadır. Çalışmalar ayrıca gelişmiş biyokompozitler üretmek için BC kullanmanın yararlı etkilerini de araştırmıştır. Epoksi-reçineyi baz olarak kullanan araştırmacılar, BC’nin eklenmesinin yorulma ömrü, kırılma tokluğu ve çekme ve bükülme mukavemeti^9,10gibi malzeme özelliklerini geliştirdiğini göstermiştir. Geçmiş ve mevcut araştırmalarda gösterildiği gibi, birçoğu BC kullanımını ticarileştirmekle ilgilenmektedir.

Birçok araştırmacı kontrollü salınım sistemlerinde bakteriyel selülozu araştırdı ve burada açıklanan yöntem kontrollü salınım sistemleri olarak kullanılabilecek kapsüller üretiyor. Bu araştırmanın çoğu biyomedikal alanda kontrollü salınıma ve kontrollü salınımlı gübre (CRF) yönetiminde bazı keşiflere odaklanmıştır. BC’nin kontrollü amoksisilin salınımının başarısına dayanarak¹¹, lidokrin¹²ve ibuprofen¹³, BC, peletlenmiş gübre gibi diğer maddelerle benzer teslimat özellikleri gösterebilir. Shaviv ve Mikkelsen¹⁴ tarafından CRF’lere genel bir bakış, CRF’lerin daha verimli olduğunu, işgücünden tasarruf ettiğini ve genellikle geleneksel gübre uygulamasına göre daha az çevresel bozulmaya neden olduğunu kabul eder. Bakteriyel selüloz CRF’ler için uygun bir kapsülleme malzemesi olarak çalışabilir. Gübreler BC membranlarından süzebilir veya BC biyobozunur^15,16olarak deşarj olabilir. BC’nin yüksek su şişme kapasitesi de yararlı bir toprak değişikliği olarak işlev görebilebilir^17,18,19 çünkü hem gübre besin maddeleri hem de nem BC kürelerinin uygulanması yoluyla toprağa salınabilir. Bu özelliklerle, BC küre kapsülleme tarafından oluşturulan bir CRF, üretim ve bertaraf aşamalarında olumsuz etkileri olabilecek diğer gübre kaplama malzemelerine göre avantajlı olabilir. BC’nin gübre kaplamasına uyarlanmış olarak uyarlanmış haline getirildirilebilir ve CRF teknolojileri daha da geliştirilebilir. Gübre salınım oranını düşürerek, mahsuller gübreyi almak ve su kütlelerine fazla akıntıyı önlemek için yeterli zamana sahip olacak ve böylece ötrofikasyonu veoksijen olmayan bölgeleri azaltacaktır. Benzer yavaş salınımlı gübreler, polimer kaplamalar kullanılarak hazırlanmış ve pilotlanmıştır²⁰.

Önceki araştırmalarda belirtilen protokollerin aksine, bu yüksek selüloz verimi yerine tek tip, uyumlu küre üretimine odaklanmaktadır. Ayrıca, bc kapsülleme diğer katı madde selüloz filmler ile çalışılmıştır, ancak küreler²¹. Bakteriyel selüloz küreleri üzerindeki araştırma genişletilerek, BC’nin çevreye duyarlı özellikleri nedeniyle faydalı olan M.Ö.’nün ticari olarak üretilmesi için daha fazla adım atılabilir. BC küre imalatının bu yöntemi ucuz, hazır mutfak malzemelerini kullanır. İlk montajdan sonra, BC küreleri 2 gün içinde parazit olmadan oluşmaya başlar. Bu strateji ile BC küreleri üretmek çok az alan gerektirir ve yenilebilir bir yan ürüne sahiptir, fermente çay ‘kombucha’. Diğer çalışmalarda bahsedilen kapsülleme teknikleri arasında faz inversiyon tekniği^{22 , 23,}matris oluşumu^24,sprey kurutma²⁵ve sentez sırasında doğrudan kapsülleme ile oluşturulan kaplamalar²⁶bulunur. Bu yazıda özetlenen doğrudan kapsülleme yöntemi, hazır malzemeler kullanan kolay ve ucuz bir süreç isteyenler için yararlıdır.

Bu araştırma ile BC küre üretimi ve kapsülleme için başarılı bir protokol oluşturulmuştur. BC küreleri, biyoşark, mayın atıkları ve polistiren mikrobeadların katı parçacıklarını kendi bükme yapıları içinde kapsülleyebilir. Henüz endüstride yaygın olarak kullanılmasa da, BC gelecekteki uygulamalar için kullanılabilecek pratik, sürdürülebilir ve doğal olarak meydana gelen bir malzemedir.